Введение к работе
В диссертации приведены теоретические положения, обеспечивающие формирование и оценку конструктивно-технологической сложности машиностроительного изделия как неотъемлемой его характеристики, базирующейся на анализе конструкторско-технологических признаков как собственно изделия, так и его структуры, составляющих его сборочных единиц, деталей и применяемых технологических переделов. В работе предложен комплексный метод определения конструктивно-технологической сложности, трудоемкости и затрат на изготовление машиностроительного изделия. Разработана концепция автоматизированной системы оценки конструктивно-технологической сложности, трудоемкости и затрат на изготовление машиностроительного изделия как подсистемы автоматизированной системы управления производством на машиностроительном предприятии. На ее основе создана автоматизированная система технического нормирования и оценки затрат на изготовление машиностроительного изделия, обеспечивающая интеллектуальную поддержку процессов управления предприятием.
Актуальность исследования. Повышение эффективности функционирования и развития производственных систем машиностроения является в настоящее время одной из основных проблем, стоящих перед предприятиями машиностроительного комплекса России. Обоснованное формирование рациональной номенклатуры выпускаемых изделий, совершенствование технико-экономической и конструкторско-технологической подготовки производства, обеспечение качества продукции, соответствующего международным стандартам - вот далеко не полный перечень задач, которые в настоящий момент требуют своего решения.
Разработка автоматизированных систем управления производством для предприятий машиностроительной отрасли, обеспечивающих эффективное решение задач интеллектуальной поддержки процессов управления и информационной поддержки жизненного цикла продукции, требует внедрения и использования показателя, позволяющего однозначно описывать производственную номенклатуру на основании характерных свойств ее представителей. В качестве такого показателя предлагается использовать конструктивно-технологическую сложность машиностроительного изделия.
Таким образом, актуальной научной проблемой является разработка теоретических положений, обеспечивающих формирование и оценку конструктивно-технологической сложности машиностроительного изделия с целью создания комплекса технических решений, предназначенных для интеллектуальной поддержки процессов управления предприятием, и направленных на повышения эффективности функционирования производственных систем машиностроения.
Использование показателя конструктивно-технологической сложности позволяет решать целый ряд производственных задач, возникающих на основных этапах жизненного цикла машиностроительного изделия, в частности, на этапах технической и организационно-экономической подготовки его производства. Конструктивно-технологическая сложность, с одной стороны, представляет собой неотъемлемое свойство изделия, будучи определяема на основе его конструкторско-технологических признаков, с другой стороны, позволяет оценивать трудоемкость и затраты на изготовление в организационно-технических условиях конкретной производственной системы. Разработанный комплексный метод определения конструктивно-технологической сложности, трудоемкости и затрат на изготовление машиностроительного изделия включает несколько уровней точности оценки, характеризующихся различным уровнем детализации сведений об изделии.
Цель работы: Повышение эффективности функционирования производственных систем машиностроения на основе формирования положений теории конструктивно-технологической сложности изделий машиностроения, разработки комплексного метода оценки трудоемкости и затрат производственных ресурсов на изготовление изделия в соответствии с организационно-техническим уровнем производственной системы и создания автоматизированной системы технического нормирования и оценки затрат на изготовление изделия как основы интеллектуальной поддержки процессов управления на машиностроительном предприятии.
Для достижения поставленной цели в работе рассматриваются и развиваются следующие направления научных исследований:
-
Анализ современного состояния предприятий машиностроительной отрасли и способов повышения эффективности их функционирования с использованием методов оценки трудоемкости и затрат на изготовление машиностроительного изделия.
-
Изучение методов и моделей, используемых для оценки сложности естественных и искусственных систем в различных предметных областях знания.
-
Формирование основных положений теории конструктивно-технологической сложности, разработка моделей оценки сложности машиностроительного изделия с учетом используемых технологических переделов.
-
Разработка комплексного метода оценки трудоемкости и затрат на изготовление машиностроительного изделия на основе положений теории конструктивно-технологической сложности машиностроительного изделия в соответствии с организационно-техническим уровнем производственной системы.
-
Создание информационной модели, учитывающей иерархическую структуру машиностроительного изделия, которая обеспечивает его представление в соответствии с положениями теории конструктивно-технологической сложности.
-
Разработка концепции автоматизированной системы, обеспечивающей прогнозирование и оценку трудоемкости и затрат на изготовление машиностроительного изделия на основе созданного комплексного метода с использованием конструктивно-технологической сложности.
-
Создание автоматизированной системы технического нормирования и оценки затрат на изготовление машиностроительного изделия, обеспечивающей комплексное оценивание трудоемкости и затрат на изготовление изделия на основных этапах его жизненного цикла.
-
Апробация и внедрение результатов исследований в виде разработанного комплексного метода оценки трудоемкости и затрат на изготовление машиностроительного изделия на основе положений теории конструктивно-технологической сложности и созданной на его основе автоматизированной системы на предприятиях машиностроительной отрасли России.
Методы исследования. В работе использованы положения технологии машиностроения, методы теории систем, теории сложности, методы комплексного исследования, включающего в себя теоретический анализ и экспериментальную проверку полученных результатов в производственных условиях. Применяется аппарат математической статистики, теории множеств, теории графов.
На защиту выносятся следующие положения:
Структурно-иерархическая модель машиностроительного изделия, обеспечивающая решение задачи его формального представления в соответствии со структурой и составом при решении задач оценки сложности, трудоемкости и затрат на изготовление на различных этапах жизненного цикла.
Общая аддитивно-мультипликативная модель оценки показателя конструктивно-технологической сложности машиностроительного изделия, учитывающая применяемые технологические переделы, структуру изделия и конструкторско-технологические признаки.
Механизм формирования показателя конструктивно-технологической сложности технологического передела, основанный на теоретико-множественном подходе и предусматривающий формирование классификатора порождающих и порожденных элементов.
Модели оценки конструктивно-технологической сложности технологических переделов «Механическая обработка» и «Слесарно-сборочные работы».
Комплексный метод определения конструктивно-технологической сложности, трудоемкости и затрат на изготовление машиностроительного изделия с учетом организационно-технического уровня производственной системы и степени декомпозиции структуры изделия.
Объектная информационная модель машиностроительного изделия в виде иерархии классов, обеспечивающих его представление при решении задач оценки конструктивно-технологической сложности, трудоемкости и затрат на его изготовление.
Концепция автоматизированной системы, обеспечивающей решение задач оценки трудоемкости и затрат на изготовление машиностроительного изделия.
Автоматизированная система технического нормирования и оценки затрат на изготовление машиностроительного изделия, реализующая предложенный комплексный метод оценки конструктивно-технологической сложности, трудоемкости и затрат на изготовление машиностроительного изделия.
Методика оценки эффективности применяемых конструкторско-технологических решений на основе использования показателя конструктивно-технологической сложности.
Научная новизна.
Разработаны теоретические положения формирования и оценки конструктивно-технологической сложности машиностроительного изделия, позволяющие учесть интегральный характер количественной оценки структурных и субстантных свойств изделия и входящих в него деталесборочных единиц, а также позволяющие повысить степень адекватности оценки в теории конструктивно-технологической сложности сложившемуся в общественном производстве уровню развития производительных сил.
В ходе исследований получены следующие новые научные результаты:
-
Разработан комплексный метод определения конструктивно-технологической сложности, трудоемкости и затрат на изготовление машиностроительного изделия с учетом организационно-технического уровня производственной системы и требований к уровню точности оценки. Разработаны и реализованы три уровня оценивания: прогнозирование с применением аппарата искусственных нейронных сетей; оценивание на основе расчета конструктивно-технологической сложности; укрупненное нормирование маршрутных и маршрутно-операционных технологических процессов изготовления, разработанных на основе нормативных технологических операций.
-
Создана аддитивно-мультипликативная модель оценки конструктивно-технологической сложности машиностроительного изделия. Разработан механизм формирования показателя конструктивно-технологической сложности технологического передела, основанный на теоретико-множественном подходе, предусматривающий создание классификатора порождающих и порожденных элементов, которые выделяются при анализе образа изготавливаемого изделия и его структурных составляющих.
-
Предложена классификация порождающих конструктивно-технологических элементов и элементарных работ, определены и исследованы порождающие и порожденные элементы классов применительно к технологическим переделам «Механическая обработка» и «Слесарно-сборочные работы». Для каждого из технологических переделов определена иерархическая структура показателя конструктивно-технологической сложности элемента.
-
Разработана объектная информационная модель машиностроительного изделия, обеспечивающая его однозначное формальное представление при решении задач определения конструктивно-технологической сложности, трудоемкости и затрат на его изготовление. Использование модели позволяет создавать автоматизированные системы и программные модули, ориентированные на техническое нормирование, оценку конструктивно-технологической сложности и прогнозирование трудоемкости и затрат на изготовление машиностроительных изделий.
Практическая ценность работы. Комплексный метод оценки трудоемкости и затрат на изготовление машиностроительного изделия обеспечивает решение соответствующих задач с учетом организационно-технического уровня производственной системы и требований к уровню точности оценки. Это позволяет применять его при решении ряда производственных задач, возникающих на различных этапах и стадиях жизненного цикла изделия, в том числе: оценки трудоемкости изготовления изделий; оценки эффективности функционирования производственных систем; формирования рациональной производственной номенклатуры, соответствующей организационно-техническому уровню конкретной производственной системы; оценки эффективности и рациональности используемых конструкторско-технологических решений.
Созданная информационная модель машиностроительного изделия, предложенная концепция автоматизированной системы, обеспечивающей решение задач оценки трудоемкости и затрат на изготовление изделия на основе использования предложенного комплексного метода, и разработанные расчетные алгоритмы позволили разработать и создать автоматизированную систему технического нормирования и оценки затрат на изготовление машиностроительного изделия. Автоматизированная система обеспечивает интеграцию в состав автоматизированных систем управления машиностроительным производством в качестве подсистемы, решающей задачи интеллектуальной поддержки процессов управления и информационной поддержки жизненного цикла выпускаемой продукции.
Результаты работы прошли апробацию в производственных условиях и внедрены в производство на ряде машиностроительных предприятий России, показав высокую эффективность при решении задач, возникающих на различных этапах жизненного цикла машиностроительного изделия.
Новизна и практическая ценность предложенных решений подтверждена актами о практическом внедрении результатов диссертационной работы при решении производственных задач на ряде машиностроительных предприятий России. Основные положения диссертации используются в курсах «Основы САПР», «Организация и планирование машиностроительного производства».
Апробация работы. Содержание и основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных, всесоюзных и всероссийских конференциях:
-
Международная научно-техническая конференция «Модель-проект 95», Казань, 1995.
-
Всероссийская научно-методическая конференция «Новые информационные технологии в образовательном процессе», Ижевск, 1997.
-
Всероссийская научная конференция «CAD/CAM/CAE системы в инновационных проектах», Ижевск, 1998.
-
6 Международная научная конференция CO-MAT-TECH'98, Трнава, Словения, 1998.
-
III Международная научно-техническая конференция «Информационные технологии в инновационных проектах», Ижевск, 2001.
-
Международная научно-техническая конференция «Моделирование технических систем. Инновационные технологии в машиностроении и приборостроении», Ижевск, 2002.
-
IV Международная научно-техническая конференция «Информационные технологии в инновационных проектах», Ижевск, 2003.
-
Международная конференция «Информационные технологии в управлении жизненным циклом изделий», Санкт-Петербург, 2003.
-
Международная конференция-форум «Применение ИПИ(CALS)-технологий для повышения качества и конкурентоспособности наукоемкой продукции», Москва, 2003.
-
11 Международная научная конференция CO-MAT-TECH 2003, Трнава, Словения, 2003.
-
5-я международная конференция «Авиация и космонавтика-2006», Москва, 2006.
Публикации. Основные научные и практические результаты диссертации опубликованы в 66 печатных работах, из них 2 монографии, 26 статей (из них 19 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ), 6 публикаций в зарубежных изданиях, а также свидетельство № 2005610127 об официальной регистрации программы для ЭВМ.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, восьми глав, заключения, списка использованных источников (230 источников) и 6 приложений. Диссертация содержит 312 страниц, 36 таблиц, 66 иллюстраций и приложения.
